Magiczna szpula

Co tu można zrobić
Umieść szpulę w połowie długości podstawy. Odwiń ze szpuli około metra taśmy. Miejsce, w którym taśma traci kontakt ze szpulą powinno znajdować się na dole szpuli.

1. Delikatnie pociągnij taśmę, trzymając ją tak, żeby tworzyła mały kąt z poziomem. Co obserwujesz? W którą stronę toczy się szpula?
2. Spróbuj teraz delikatnie ciągnąć taśmę, trzymając ją tak, żeby tworzyła duży kąt z poziomem. W którą stronę teraz toczy się szpula?
3. Spróbuj sprawić aby szpula ślizgała się bez toczenia.

Dlaczego tak się dzieje
Na ruch szpuli składa się nie tylko jej ruch postępowy ale także obrotowy. Nasze oddziaływanie na taśmę szpuli jest równoznaczne z oddziaływaniem pewną siłą na szpulę. Odległość punktu przyłożenia siły od osi obrotu pokrywa się z promieniem naszej szpuli – to tzw. ramię siły. W ruchu obrotowym powstaje tzw. moment siły – kierunek jego wektora pokrywa się z osią obrotu szpuli. Zwrot tego wektora można ustalić z reguły śruby prawoskrętnej. Jeśli kąt między torem szpuli a naciągniętą taśmą jest duży, to moment siły powoduje oddalanie się szpuli. Podobnie, jeśli kąt będzie odpowiednio mały, to moment siły spowoduje zbliżanie się szpuli. Możliwy jest także trzeci przypadek – gdy kąt między działającą siłą a ramieniem siły jest równy zero, to moment siły nie działa a sama szpula ślizga się bez obrotu.

Ciekawostki
Moment siły (moment obrotowy) o wartości 100 Nm (niutonometrów) w przypadku silnika samochodu oznacza, że wał korbowy silnika jest w stanie wykonać obrót, kiedy jest do niego przymocowane ramię o długości 1m z zamocowanym na końcu ciężarem o wadze  10 kg.